(57)【要約】      （修正有）【課題】電気炉の還元スラグで機能性セメント原料を再生するための機能性セメント原料製造システムを提供する。【解決手段】製造システムは、第１の破砕ユニット１０と、磁選ユニット２０と、第２の破砕ユニット３０と、研削砕ユニット５０と、混合ユニット６０とを含む。第１の破砕ユニットでは、高炉スラグ又は電気炉の還元スラグを破砕することにより、２０ｍｍ未満の平均粒径を有する一次細粒化材が得られる。磁選ユニットでは、一次粉砕材中の鉄成分を磁力発生装置２０１で除去することにより、尾鉱が得られる。第２の破砕ユニットでは、尾鉱をより粉砕することにより、平均骨材径が５ｍｍ未満の二次細粒化材が得られる。研削ユニットでは、低水分含量品を破砕することにより、細かさが１０００ｍ２／ｋｇ〜１５００ｍ２／ｋｇであるセメント改質剤が得られる。混合ユニットでは、セメント改質剤とポルトランドセメントを混合する。【選択図】図１
0003225160.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電気炉からの還元スラグ又は高炉スラグを含む原料を受け入れて、前記原料への破砕により、一次細粒化材を得るための第１の破砕装置を備える第１の破砕ユニットと、
前記第１の破砕ユニットの排出口側に設けられると共に、前記第１の破砕ユニットからの前記一次細粒化材を受け入れて、磁力で前記一次細粒化材における鉄含有成分を除去することにより、尾鉱を得るための磁力発生装置を備える磁選ユニットと、
前記磁選ユニットの排出口側に設けられると共に、前記磁選ユニットから前記尾鉱を受け入れて、前記尾鉱を更に粉砕することにより、二次細粒化材を得るための第２の破砕装置を備える第２の破砕ユニットと、
前記第２の破砕ユニットの排出口側に設けられると共に、前記第２の破砕ユニットから前記二次細粒化材を受け入れて、前記二次細粒化材を更に仕上げ研磨することにより、セメント改質剤を得るための研削装置を備える研削ユニットと、
前記研削ユニットの排出口側に設けられると共に、前記セメント改質剤とポルトランドセメントとを所定の割合でかき混ぜることにより、機能性セメント原料を得るための混合ユニットとを含む、機能性セメント原料製造システムであって、
前記一次細粒化材の平均粒径は２０ｍｍ未満であり、
前記二次細粒化材の平均粒径は５ｍｍ未満であり、
前記セメント改質剤の細かさは５００ｍ２／ｋｇ以上である、
ことを特徴とする機能性セメント原料製造システム。
【請求項２】
前記セメント改質剤と前記ポルトランドセメントとの混合比は、１：１０〜１０：１の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の機能性セメント原料製造システム。
【請求項３】
前記第１の破砕装置は、ジョークラッシャー又はコーンクラッシャーであることを特徴とする請求項１に記載の機能性セメント原料製造システム。
【請求項４】
前記第１の破砕装置の排出口側には、所定の粒径範囲の前記一次細粒化材を選別するための第１の篩い分け装置が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の機能性セメント原料製造システム。
【請求項５】
前記磁力発生装置は、円筒形磁選機又は平面輸送型磁選機である、ことを特徴とする請求項１に記載の機能性セメント原料製造システム。
【請求項６】
前記第２の破砕装置は、コーンクラッシャー、ハンマークラッシャー、又はインパクトクラッシャーである、ことを特徴とする請求項１に記載の機能性セメント原料製造システム。
【請求項７】
前記第２の破砕装置の排出口側には、所定の粒径範囲の前記二次細粒化材を選別するための第２の篩い分け装置が設けられている、ことを特徴とする請求項１に記載の機能性セメント原料製造システム。
【請求項８】
前記研削装置は、研削盤と、前記研削盤に対して相対回転する複数のローラとを含んでおり、
前記研削盤と前記ローラとの間では、研削が、前記研削盤と前記ローラとの相対運動により行われる、ことを特徴とする請求項１に記載の機能性セメント原料製造システム。
【請求項９】
前記第２の破砕ユニットと前記研削ユニットとの間には、二次磁選ユニットがさらに設けられており、
前記二次磁選ユニットは、前記第２の破砕ユニットからの前記二次細粒化材を受け入れる磁力発生装置である、ことを特徴とする請求項１に記載の機能性セメント原料製造システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、鉄鋼スラグ（高炉スラグ）又は電気炉還元スラグの再資源化（リサイクル）処理システムに関し、特に、電気炉の還元スラグで機能性セメント原料を再生するための製造システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鋼は、主に高炉、転炉、電気炉製鋼に大別されている。高炉製鋼では、鉄鉱石を原料とし、石炭（コークス）に熱風を送風機で送ることで形成された高温により、鉄鉱石から鉄の成分を抽出することが一般的である。転炉製鋼では、同様に、鉄鉱石を原料として使用しているが、電気炉製鋼では、原料として、主に鉄スクラップを採用し、電流をグラファイトと鉄スクラップに流し、アークを生成することにより、鉄スクラップを融解することが知られている。
【０００３】
電気炉製鋼は、主に原料収集、製錬の前作業、融解期、酸化期及び還元期などの５つの段階に分けられる。電気炉製鋼では、原料として、主に鉄スクラップを採用している。鉄スクラップは、除錆や、不純物及び製錬に適さない他の金属の除去により、製錬の原料として使用することができるものである。そして、所望の鋼材特性に応じて配合を行う。このようにして、製錬の前作業が完了する。その後、電気炉内で、高電圧の電流を流し、アークを発生させることにより、原材料が溶解される。溶解期においては、溶鋼を覆うと共に、アークを安定させるために、スラグがわずかに発生されており、酸化期においては、主に高価の酸化鉄を含む鉱石を加えるか又は純酸素が直接導入され、低価の酸化鉄に変換された後に溶鋼中の炭素とリンが酸化されるが、このとき、酸化スラグが生成されてしまう。酸化スラグが除去された後、還元期に進んでいる。還元期においては、酸化カルシウム（石灰）を加えることで、薄いスラグが形成される。その後、炭素粉末を加えて脱酸素と脱硫を行うことにより、還元スラグが形成される。
【０００４】
電気炉製鋼後に生成されたスラグは、主に酸化期及び還元期に発生されたものであり、それぞれは、酸化スラグ及び還元スラグである。酸化スラグの形状は、天然の火成岩に似ており、粗くて暗い茶色で、稜角に富んでいる多孔質であり、また、還元スラグは、灰白色の粉末状である。現在、国内の電気炉製鋼工場では、生産された鉄鋼１０００万トンごとに約１２０万トンの酸化スラグと４０万トンの還元スラグが発生される。酸化スラグと還元スラグとは、いずれも、公示されている再生用の生産廃棄物である。酸化スラグは、ほとんど、トレンチ裏込め用制御型低強度材料として再利用することができるが、その一部は、アスファルトコンクリートの材料として道路舗装や路盤粒度分布に使用することができる。また、還元スラグは、セメント原料として使用できるのが一部であり、それを除く、その大半に対しては、適切な再資源化処理方法はないため、高圧蒸気安定化処理工場で処理する必要がある。
【考案の概要】
【０００５】
そこで、本考案者らは、上記課題を解決するための優れた手段と最適な対策を専念に検討し、還元スラグ又は高炉スラグを再資源化処理又は回収再利用することができる方法を研究開発した。すなわち、本考案の目的は、機能性セメント原料製造システムを提供することである。この製造システムは、主に、電気炉の還元スラグ又は高炉スラグの破砕工程を２回行い、粒径５ｍｍ未満の破砕物を形成して、研削工程により破砕物を細かさ５００ｍ２／ｋｇより大きいセメント改質剤に研磨した後、異なる割合でポルトランドセメントとかき混ぜることにより、異なる機能を備えた機能性セメント原料を得ることができる。
【０００６】
言い換えると、本考案は、少なくとも電気炉からの還元スラグ又は高炉スラグを含む原料を受け入れて、第１の破砕装置で前記原料を破砕することにより、一次細粒化材を得るための第１の破砕装置を備える第１の破砕ユニットと、前記第１の破砕ユニットの排出口側に設けられると共に、前記第１の破砕ユニットから前記一次細粒化材を受け入れて、磁力で前記一次細粒化材中の鉄含有成分を除去することにより、尾鉱を得るための磁力発生装置を備える磁選ユニットと、前記磁選ユニットの排出口側に設けられると共に、前記磁選ユニットから前記尾鉱を受け入れて、前記尾鉱をより粉砕することにより、二次細粒化材を得るための第２の破砕装置を備える第２の破砕ユニットと、前記第２の破砕ユニットの排出口側に設けられると共に、前記第２の破砕ユニットから前記二次細粒化材を受け入れて、前記二次細粒化材をより仕上げ研磨することにより、セメント改質剤を得るための研削装置を備える研削ユニットと、前記研削ユニットの排出口側に設けられると共に、前記セメント改質剤を所定の割合でポルトランドセメントとかき混ぜることで機能性セメント原料を得るための混合ユニットとを含む機能性セメント原料製造システムであって、前記一次細粒化材の平均粒径は２０ｍｍ未満であり、前記二次細粒化材の平均粒径は５ｍｍ未満であり、前記セメント改質剤の細かさは５００ｍ２／ｋｇ以上であることを特徴とする機能性セメント原料製造システムを提供することができる。
【０００７】
本考案の一実施例によれば、前記セメント改質剤と前記ポルトランドセメントとの混合比は、１：１０〜１０：１の範囲である。
【０００８】
本考案の一実施例によれば、前記第１の破砕装置は、ジョークラッシャー又はコーンクラッシャーである。
【０００９】
本考案の一実施例によれば、前記第１の破砕装置の排出口側には、所定の粒径範囲の前記一次細粒化材を選別するための第１の篩い分け装置が設けられている。
【００１０】
本考案の実施例によれば、前記磁力発生装置は、円筒形磁選機又は平面輸送型磁選機である。
【００１１】
本考案の一実施例によれば、前記第２の破砕装置は、コーンクラッシャー、ハンマークラッシャー、又はインパクトクラッシャーである。
【００１２】
本考案の実施例によれば、前記第２の破砕装置の排出口側には、所定の粒径範囲の前記二次細粒化材を選別するための第２の篩い分け装置が設けられている。
【００１３】
本考案の一実施例によれば、前記研削装置は、研削盤と、前記研削盤に相対回転する複数のローラとを含んでおり、前記研削盤と前記ローラとの間では、前記研削盤と前記ローラとの相対運動により研削が行われる。
【００１４】
本考案の一実施例によれば、前記第２の破砕ユニットと前記研削ユニットとの間には、二次磁選ユニットがさらに設けられており、前記二次磁選ユニットは、磁力発生装置を含む共に、前記第２の破砕ユニットから前記二次細粒化材を受け入れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本考案に係る機能性セメント原料製造システムを示す概略構成図である。
【図２】図２は、本考案に係る機能性セメント原料製造システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本考案に係る機能性セメント原料製造システムにおける研削ユニットの構造を示す概略図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本考案の精神及び主旨がより完全で理解しやすいために、異なる具体的な実施例を挙げて本考案の実施例をより詳細に説明するが、本考案は、これらの実施例に限定されるものではなく、他の同様又は同等の機能及び工程を利用しても本考案を達成できることは当業者には明らかであろう。
【００１７】
本明細書では使用される科学及び技術的用語は、当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、本明細書で使用される単数名詞は、文脈と矛盾しない場合に名詞の複数型をカバーし、複数名詞が使用された際に単数名詞も含まれる。
【００１８】
図１及び図２を参照すると、図１は、本考案に係る機能性セメント原料製造システムを示す概略構成図であり、図２は、本考案を使用する機能性セメント原料製造システムの動作を示すフローチャートである。本考案の機能性セメント原料製造システムは、電気炉の還元スラグ又は高炉スラグを２回破砕し、研削装置により微細な粉末に研削した後、ポルトランドセメントと混合して機能性のセメント原料を形成するために使用される。以下に、詳細に説明する。
【００１９】
図１に示すように、本考案の機能性セメント原料製造システムは、第１の破砕ユニット１０と、磁選ユニット２０と、第２の破砕ユニット３０と、研削ユニット５０と、混合ユニット６０とを含む。第１の破砕ユニット１０は、少なくとも電気炉からの還元スラグ又は高炉スラグを含む原料を受け入れて、第１の破砕装置で原料を破砕することで、一次細粒化材を得ることが可能な第１の破砕装置を備える。磁選ユニット２０は、第１の破砕ユニットに設けられると共に、第１の破砕ユニット１０から一次細粒化材を受け入れて、磁力で一次細粒化材中の鉄含有成分を除去することで、尾鉱を得ることが可能な磁力発生装置を備える。第２の破砕ユニット３０は、磁選ユニット２０の排出口側に設けられると共に、磁選ユニット２０から尾鉱を受け入れて、第２の破砕装置３０で尾鉱をより粉砕することで、二次細粒化材を得ることが可能な第２の破砕装置を備える、研削ユニット５０は、第２の破砕ユニットの排出口側に設けられると共に、第２の破砕ユニットから二次細粒化材を受け入れて、二次細粒化材をより仕上げ研削することで、セメント改質剤を得ることが可能な研削装置を備える。混合ユニット６０は、研削ユニットの排出口側に設けられると共に、セメント改質剤とポルトランドセメントを所定の割合でかき混ぜることで、機能性セメントの原料を得ることができる。
【００２０】
具体的には、図２に示すように、電気炉１によって製鋼を行う過程では、酸化段階で酸化スラグＳａが生成され、最初に電気炉１から酸化スラグＳａが排出され、酸化スラグＳａが破砕、ふるい分け及び磁選された後、トレンチ裏込め用制御型低強度材料として再利用されると共に、アスファルトコンクリートペレット原料が道路舗装の材料として使用することができる。溶鋼は、精錬炉２で精錬された後、還元段階において、還元スラグＳｂが生成される。
【００２１】
次に、第１の破砕ユニット１０に還元スラグＳｂが送られて、第１の破砕装置１０１により破砕される。さらに、メッシュサイズが２０ｍｍ未満の第１の篩い分け装置１０２で、破砕された骨材をふるい分けることにより、最後に、平均粒径が２０ｍｍを超える粗骨材及び２０ｍｍ未満の細骨材が得られる上に、平均粒径が２０ｍｍ未満の細骨材が一次細粒化材Ｓｃとして採用された。本実施例において、第１の破砕装置１０１は、粗破砕用のジョークラッシャー又はコーンクラッシャーであってもよい。
【００２２】
次に、一次細粒化材Ｓｃを磁選ユニット２０の磁力発生装置２０１に通し、一次細粒化材Ｓｃ中の鉄含有物質Ｆを分離して、一次細粒化材Ｓｃの鉄含有物質Ｆを取り除くことにより、尾鉱Ｓｄが得られる。この実施例では、磁力発生装置２０１は、円筒形磁選機又は平面輸送型磁選機であってもよい。さらに、本考案の「尾鉱」とは、還元スラグ又は高炉スラグの一次細粒化材から鉄含有成分を除去した後に残る低鉄含有材料を指す。
【００２３】
そして、尾鉱Ｓｄを第２の破砕ユニット３０の第２の破砕装置３０１に送って、二次細粒化工程、すなわち、再破砕工程を行う。破砕された骨材は、メッシュサイズ５ｍｍ未満の第２の篩い分け装置３０２を通過してふるい分けされることで、最後に平均粒径が５ｍｍを超える粗骨材及び５ｍｍ未満の細骨材を取得した。平均骨材径が５ｍｍ未満の細骨材を二次細粒化材Ｓｆとして採取し、ステップＳ５に進む。本実施例において、第２の破砕装置３０１は、中度破砕を行うためのコーンクラッシャー、ハンマークラッシャー又はインパクトクラッシャーであってもよい。また、尾鉱Ｓｄは、第１の破砕ユニット１０、磁選ユニット２０、及び第２の破砕ユニット３０により、その水分含量が５％以下に低減する二次細粒化材Ｓｆが形成された。
【００２４】
さらに、二次細粒化材Ｓｆを研削ユニット５０内の研削装置５０１に搬送し研削することで、細かさ１０００ｍ２／ｋｇ〜１５００ｍ２／ｋｇのセメント改質剤Ｓｇとなる。本実施例において、研削装置５０１は、ローラ式の縦型研削装置であってもよい。図３に示すように、研削装置５０１は、底部に研削盤５１を有している。研削盤５１上には複数のローラ５２が設けられている。研削盤５１とローラ５２とは互いに相対回転することができる。二次細粒化材Ｓｆは、原料入口５３から研削装置５０１に入れてから、研削盤５１及びローラ５２で研削を行うにより、セメント改質剤Ｓｇが得られる。また、本考案の技術的思想によれば、ローラ５２の数は２８以下であり、研削盤５１の回転速度は１８０ｒｐｍより大きいことが好ましい。
【００２５】
本考案の他の実施例では、研削ユニット５０に入る前の二次細粒化材Ｓｆには鉄物質Ｆが含まれないことを確保するために、第２の破砕ユニット３０と研削ユニット５０との間に、二次細粒化材Ｓｆにおける鉄含有物質Ｆへの再分離に使用される磁選ユニット（図示せず）をさらに含んでよい。さらに、本考案の一実施例では、二次磁選ユニットは磁力発生装置を有している。この磁力発生装置は、円筒形磁選機又は平面輸送型磁選機であってよい。
【００２６】
研削された後のセメント改質剤Ｓｇは、ポゾラン反応のための材料として使用することができる。ポゾラン反応とは、シリカ(ＳｉＯ２)とアルミナ(Ａｌ２Ｏ３)の水和により引き起こされる結合作用である。それを利用すると、コンクリートの小さな隙間を埋めることができる。このようにすれば、空気中の湿気は、コンクリート材料に浸透し鉄筋を腐食しにくい。セメント改質剤Ｓｇは、ポルトランドセメントと混合されたら、ポゾラン反応を生成するためのセメントをポートランドセメントから部分的に置き換えることができる。本実施例において、ポルトランドセメントＰに含まれる高炉石粉、フライアッシュ及び石灰の含有量は、５％未満であってもよい。
【００２７】
さらに、経済省の産業局によって発行された「電気炉還元スラグ安定化技術マニュアル」によれば、非常に細かく研削されたセメント改質剤Ｓｇによっても、同時に安定化の効果を発生することができる。すなわち、電気炉の還元スラグにおける遊離酸化マグネシウムと酸化カルシウムが膨張することはないように安定することができる。
【００２８】
最後に、セメント改質剤ＳｇとポルトランドセメントＰとが混合ユニット６０に送られ、セメント改質剤ＳｇとポルトランドセメントＰとを均一にかき混ぜることで、機能性セメント原料の原料Ｔ１が得られる。本実施例では、混合ユニット６０はミキサーであってもよい。セメント改質剤とポルトランドセメントの配合比は、一般に１：１０〜１０：１の範囲であり、好ましくは１：８〜８：１の範囲であり、より好ましくは１：５〜５：１の範囲であり、さらにより好ましくは１：４〜３：５の範囲である。
【００２９】
本考案の機能性セメント原料製造システムにおける第１の破砕ユニット１０、磁選ユニット２０、第２の破砕ユニット３０、研削ユニット５０の加工によって得たセメント改質剤において、クエン酸二カルシウムの含有量は、市販のポルトランドセメントよりもかなり高いが、クエン酸三カルシウムの含有量は、市販のポルトランドセメントよりも低く、他の成分は市販のセメントと同様である。クエン酸二カルシウムの水和速度はクエン酸三カルシウムの水和速度よりも遅いため、クエン酸二カルシウムの含有量が多いと施工作業の開始時にセメントの流動性が維持されるが、クエン酸三カルシウムの含有量が少ないとセメントの強度が低下される。従って、異なる割合のセメント改質剤とポルトランドセメントとを混合ユニット６０に入れてその物理的特性を調整すれば、異なる特性を有する機能性セメント原料を得ることができる。
【００３０】
例えば、セメント改質剤とポルトランドセメントとの重量比が２０％：８０％である場合、機能性セメント原料の圧縮強度は、３日目、７日目、２８日目にそれぞれ２３.４Ｍｐａ、３３.２Ｍｐａ、４０.６Ｍｐａであることから、ＣＮＳ１５２８６の一般的なセメント仕様標準に適合する上に、耐浸水性、耐放射線性、耐酸性、圧縮強度の長期増加などの特殊機能なセメントとしての使用に適する。セメント改質剤とポルトランドセメントとの重量比が４０％：６０％の場合、機能性セメント原料の圧縮強度は、３日目、７日目にそれぞれ１.６２Ｍｐａ、１６.４８Ｍｐａであるため、ＣＮＳ１５２８６の一般的なセメント使用標準よりも大幅に低いが、２８日目の圧縮強度は２６.４Ｍｐａであるため、水硬性混合セメント標準を満たすことができることから、水硬性混合セメントとしての使用に適する。更に、セメント改質剤とポートランドセメントとの重量比が６０％：４０％の場合、機能性セメント原料の圧縮強度は、３日目、７日目、２８日目にそれぞれ１.２３Ｍｐａ、１０.０１Ｍｐａ、１９.２７Ｍｐａであるため、どちらもＣＮＳ１５２８６の水硬性混合セメント標準よりわずかに低いが、２８日目の強度は、国内の制御型低強度裏込め材料が必要とする０.９ Ｍｐａ以上であるため、制御型低強度裏込め材料（ＣＬＳＭ）のセメントとしての使用に適すると共に、高い流動性、低い圧縮強度、硬化時間が速い特性を備えるため、常時性の施工エリアに用いられる材料として、繰り返し掘削における破壊プロセスを行う際に使用することができる。
【００３１】
以上のように、本考案の主旨は、上記の例示的な実施例において具体的に説明されているが、本考案は、これらの実施例のみに限定されず、本考案の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができることを当業者は理解すべきである。例えば、前述の実施例に例示されている各技術的内容を新しい実施例になるように組み合わせ又は変更すると、これらの実施例も、もちろん本考案に属する内容と見なされる。従って、本考案が保護しようとする範囲には、下記の特許請求の範囲とそれによって定義される範囲も含まれる。
【符号の説明】
【００３２】
１          電気炉
２          精錬炉
１０        第１の破砕ユニット
１０１      第１の破砕装置
１０２      第１の篩い分け装置
２０        磁選ユニット
２０１      磁力発生装置
３０        第２の破砕ユニット
３０１      第２の破砕装置
３０２      第２の篩い分け装置
５０        研削ユニット
５０１      研削装置
５１        研削盤
５２        ローラ
５３        原料入口
５４        排出口
６０        混合ユニット
Ｓａ        酸化スラグ
Ｓｂ        還元スラグ
Ｓｃ        一次細粒化材
Ｓｄ        尾鉱
Ｓｆ        二次細粒化材
Ｓｇ        セメント改質剤
Ｐ          ポルトランドセメント
Ｔ          機能性セメント
【図１】
0003225160.tif 000003
【図２】
0003225160.tif 000004
【図３】
0003225160.tif 000005